肥胖被认为是一种快速地发展的慢性疾病，影响着全世界的人类健康。在本研究中，我们研究了山药多糖（CYP）的主要结构特征及其在调节高脂饮食（HFD）喂养肥胖小鼠脂质代谢中的作用。CYP的分子量为3160 kDa。高碘酸氧化反应、smith降解和核磁共振根据结果得出CYP由1→ 2, 1→ 2, 6, 1→ 4, 1→ 4, 6, 1→,或1→ 6糖苷键组成。体内实验根据结果得出，肥胖小鼠服用CYP后，与脂质代谢相关的生化指标、组织切片和蛋白质调节发生了变化。此外，CYP干预肥胖小鼠后，短链脂肪酸（SCFA）产生菌-毛螺菌、Lachnosspiraceae_NK4A36_group和Ruminococcaceae_UCG-014的丰度增加，脱硫弧菌和瘤胃球菌的丰度以及精氨酸、propionylcarnitine和别异亮氨酸的代谢产物减少。Spearman对肠道菌群、代谢产物和脂质代谢参数的相关性分析表明，CYP可能通过调节肠道环境来影响肥胖小鼠的脂质代谢。因此，CYP可作为一种潜在的脂质代谢营养干预剂。

  译名：一种新型山药多糖的结构特征及其在HFD诱导的肥胖小鼠C57BL/6J中的降血脂活性

  我们采用DEAE-52和葡聚糖G-200凝胶色谱柱从山药中分离得到酸性多糖CYP。我们通过苯酚-硫酸法、考马斯亮蓝染色法和咔唑-硫酸法测定CYP的总糖、蛋白质和糖醛酸含量，其水平分别为92.10%、5.40%和3.47%（表S1）。此外，HPLC光谱（图S1）表明多糖的Mw分布是均匀的。根据标准曲线）计算，CYP的分子量为3.16×103 kDa。据报道，其他研究者从中国怀山山药中提取了三种多糖，分子量分别为22 kDa、41 kDa和23 kDa。研究者们从山药中提取的另一种多糖具有较低的MW（16691 Da）。上述根据结果得出本CYP与其他CYPs不同。不同产地、生长环境和提取条件可能会引起山药多糖分子量的差异。

  离子色谱图如图1A所示。CYP由鼠李糖（Rha）、阿拉伯糖（Ara）、半乳糖（Gal）、葡萄糖（Glc）、木糖（Xyl）、半乳糖醛酸（GalA）和葡萄糖醛酸（GlcA）组成（表1），其中木糖含量较高，但鼠李糖含量低。富含木糖的酸性多糖也存在于日本萝卜中，它由大量的中性糖和少量（1%-25%）的半乳糖醛酸组成。同时，CYP中存在两种糖醛酸。糖醛酸在CYP中的存在也通过FTIR（1739 cm−1）和NMR（13C:172.92 ppm）进行了验证。

  图1 （A）离子色谱图（编号1、2、3、4、5、6、7、8分别表示鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸），（B）FT-IR，（C）1H NMR谱，（D）13C NMR谱、（E）SEM图片和（F）CYP的刚果红分析。

  图1B显示了CYP的FT-IR谱。3416 cm−1处的特征宽峰属于–OH拉伸振动。2932 cm−1处的吸收带为C–H拉伸振动。1739 cm−1处的特征吸收峰属于–C=O的拉伸振动，表明存在糖醛酸。1071 cm−1处的特征吸收峰归属于吡喃糖环。此外，在896cm-1处出现吸收带，表明存在β型糖苷键。样品的FT-IR分析表明，CYP含有具有相似官能团或糖苷构型的多糖吸收峰特征。

  我们进行了高碘酸盐氧化和Smith降解以分析CYP的糖苷键。根据计算，CYP中NaIO4的消耗为3.51mmol，甲酸的产生为0.03mmol，这表明存在1→, 1→6或小分枝（3%）。高碘酸盐的消耗甚至超过甲酸的生产，这表明CYP中存在1→ 2, 1→ 2, 6, 1→ 4或1→4，6糖苷键（97%）。此外，高碘酸盐的消耗量2mmol，这也表明CYP不存在如1→ 3, 1→ 2, 3, 1→ 3, 4, 1→ 3、6或1→2, 4的糖苷键。

  我们进一步进行GC–MS分析透析、还原和乙酰化反应后CYP的糖苷键。甘油（48.66%）和赤藓糖醇（51.34%）的存在表明CYP具有1→, 1→ 6, 1→2, 1→ 2, 6, 1→ 4或1→ 4、6键。我们在产物中未曾发现游离单糖，这表明所有单糖在氧化和酸水解后都转化为甘油和赤藓糖醇，这与高碘酸盐氧化的结果一致。这一根据结果得出CYP的残基连接1→ 2, 1→ 2, 6, 1→ 4, 1→ 4, 6, 1→ 或1→ 6糖苷键，伯糖苷键为1→ 4或1→ 4、6糖苷键（51.34%）。

  扫描电镜对CYP的形态和微观结构可以进行了表征。SEM图像如图1E所示。CYP呈现不规则、条纹状、光滑的外观形态，表明其具有无定形结构。多糖的形态结构对决定粉末产品的性质很重要，并影响最终产品的溶解度。Wang等报道称，与结构紧密相连的多糖HJP和HBJP相比，菊花多糖GJP和QJP具有较小的粒径和均匀疏松的结构，在食品和医药行业是有益的，而CYP的性质要进一步研究。

  我们采用刚果红实验测定CYP的三螺旋结构。刚果红连接在多糖的单链螺旋部分，生成刚果红复合物，导致最大吸收波长发生红移。如图1F所示，随着氢氧化钠浓度（0–0.43 mol/L）的增加，最大吸收波长逐渐增加，而当氢氧化钠浓度高于0.43mol/L时，多糖溶液的最大吸收波长降低。这一根据结果得出，当NaOH浓度达到0.43mol/L时，CYP三螺旋结构开始解开，而当NaOH浓度为0.56mol/L时则完全解开。

  体重可用于评估HFD是否成功诱导小鼠肥胖模型。HFD处理8周后，模型（MD）组小鼠的体重与CON组小鼠相比明显地增加（图2A），且为CON组鼠体重的20%以上，提示HFD诱导的肥胖小鼠模型已成功建立。CYP干预8周后，与MD组相比，体重显著下降（p0.01）。上述根据结果得出CYP抑制HFD诱导的体重增加。

  TC和TG是高脂血症发生发展的重要指标。如图2B和C所示，与CON组的水平相比，HFD干预后MD组的血清TC和TG水平非常明显升高。在第8周，水平分别增加到4.8和1.05 mmol/L（p0.05）。CYP处理8周后，中剂量（MCYP）组的血清TC和TG水平与MD组相比明显降低（p0.05）。来自上述分析的结果类似于用红参多糖、车前草种子多糖和钝顶螺旋藻多糖观察到的结果，其中TC和TG水平在相应的多糖干预后降低。据报道，LDL-C过量可导致氧化，由此产生有毒的oxLDL，引起一系列代谢性疾病。与对照组相比，HFD干预后LDL-C水平非常明显升高（p0.01）；然而，口服CYP能改变这种趋势（图2D）。根据结果得出，HFD诱导脂质代谢紊乱，CYP干预后血清脂质水平恢复。

  肝脏脂质积聚增加可能会引起肝脏脂肪变性。肝脏的组织学分析表明MD组有明显的空泡形成（图3），表明HFD在肝脏中诱导了脂肪沉积。所有多糖干预组均表现出不同程度的肝脏脂肪变性缓解，表明CYP具有减轻肝脏脂肪沉积的能力。

  白色脂肪组织（WAT）是能量储存的主要场所。肥胖患者的脂肪细胞大小和肥胖患者的相对器官重量增加。如图4所示，与CON组相比，MD组肾周脂肪中的脂肪细胞尺寸扩大。CYP的干预显著控制了HFD诱导的脂肪细胞增大。

  结果表明，口服补充CYP可显著抑制HFD诱导的肾周和肝组织中的脂肪沉积。Guo等报道微藻多糖可改善HFD诱导的肥胖小鼠附睾组织中的脂肪沉积。

  图3 口服CYP对HFD诱导的肥胖小鼠肝组织的影响（放大倍数：40倍）。注：白色箭头代表脂肪组织液泡，红色箭头代表突出的细胞核。

  众所周知，脂质过氧化对细胞膜的结构和功能产生有害影响。细胞、组织和器官中的生化紊乱会增强内源性脂质过氧化。脂质过氧化作用也是某些化学毒素对生物体毒性影响的标志。脂质过氧化与动脉粥样硬化、炎症性肠病、哮喘、帕金森、肾损伤和其他疾病有关。因此，抑制脂质过氧化对维持脂质代谢平衡起着关键作用。蛋白质的表达如图5所示。与CON组小鼠相比，MD组小鼠肝脏PPARα、SCP-2和EHHADH的蛋白水平显著上调（p0.05）；然而，与MD组小鼠相比，CYP干预组小鼠肝脏中PPARα、SCP-2和EHHADH的蛋白水平不同程度地下调，中等剂量的CYP（200mg/kg/天）显示出更好的结果。

  PPARα是过氧化物酶体增殖物激活受体的一种亚型（PPARs），通过诱导下游靶基因的转录来编码脂质β-氧化的关键基因，从而发挥各种生理功能。慢性HFD干预可以激活肝脏中的PPARα和PPARα信号通路，并导致脂质过氧化。SCP-2可以高亲和力与脂肪酸和脂肪酰基CoA结合，增强脂质从膜上的解吸附，促进脂质在膜之间的转移。此外，先前研究的报告表明，长期HFD促进肝脏中PPARα蛋白的表达，从而激活其下游蛋白SCP-2并诱导过氧化物酶体的脂质代谢。EHHADH是经典过氧化物酶体脂肪酸β氧化途径的一部分，由PPARα激活受体高度诱导。

  图4 口服CYP对HFD诱导的肥胖小鼠肾周脂肪的影响（放大倍数：40倍）

  2.4.2 CYPs对HFD诱导的肥胖小鼠肝脏中脂质合成关键蛋白表达的影响

  硬脂酰辅酶去饱和酶1（SCD-1）在单不饱和脂肪酸的生物合成中起着不可或缺的作用，是由饱和脂肪酸产生单不饱和脂酸所需的限速酶；它可以将硬脂酸转化为油酸。肝脏中SCD-1活性的增强可促进肝脏脂质，尤其是TG的积累，导致NAFLD的进展。SCD-1蛋白的表达如图5所示。与CON组小鼠相比，MD组小鼠肝脏中SCD-1蛋白的表达明显地增加（P0.01）。然而，用CYP干预后，每个CYP干预组的表达略有不同。其中，LCYP组和MCYP组肝脏中SCD-1蛋白的表达降低。脂肪酸去饱和酶2（FADS2）属于脂肪酸去饱和度蛋白家族，催化长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFA）合成中的第一个去饱和反应。与CON组小鼠的肝脏相比，MD组小鼠的肝中FADS2蛋白的表达增加。在用不同剂量的CYP干预后，与MD组相比，LCYP组小鼠肝脏中FADS2蛋白的表达降低（p0.05）。

  肠道菌群的结构和含量与脂质和碳水化合物代谢紧密关联。为了评估CYP对肠道菌群结构和丰度的影响，我们在Illumina MiSeq平台的基础上对16srRNA基因的V3–V4区域进行测序。Shannon指数和Simpson指数可以描述肠道菌群的多样性和均匀性。如图6A和B所示，MD组的Shannon和Simpson指数明显低于CON组（p0.05）。CYP干预后，肥胖小鼠肠道微生物群的Shannon和Simpson指数增加。这表明CYP能增加肥胖小鼠肠道微生物群的多样性。

  不同组小鼠的肠道菌群门水平如图6C和D所示。各组小鼠主要肠道菌群主要由厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、肠杆菌门和变形菌门五种细菌组成，合计97%；其中厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门所占比例最大，不同组之间差异显著。厚壁菌门和拟杆菌门已被报道在碳水化合物、脂质和总胆汁酸（TBA）代谢中发挥及其重要的作用。根据分类学，与CON组相比，MD组肥胖小鼠的变形菌相对丰度和F/B比率增加，而CYP干预后则会降低。这表明CYP能重塑肥胖小鼠的肠道菌群结构。研究表明，小鼠肠道菌群在门水平上的F/B值与肥胖的发生呈正相关。

  我们在属水平上对肥胖小鼠的肠道菌群组成进行了进一步分析。结果如图7所示。Trichospiriceae是丁酸盐的重要生产菌，主要是通过抑制组蛋白脱乙酰酶（HDAC）参与代谢，并抑制癌症细胞的增殖。与CON组小鼠相比，MD组小鼠的毛螺菌相对丰度降低，CON组和MD组分别占13.44%和4.92%（表2）。与MD组相比，在CYP干预后，MCYP组的毛螺菌丰度增加了32.32%。此外，与CON组相比，MD组Lachnospiracea_NK4A136_group的丰度降低，这与炎症的发生呈负相关。同样，作为短链脂肪酸（SCFA）产生菌，与CON组相比，MD组的Muribaculaceae和Ruminococcacee_UCG-014的相对丰度降低。CYP干预后，MCYP组中Muribaculaceae和Ruminococcacee_UCG-014的丰度增加。MCYP组的Muribaculaceae的相对丰度与CON组相似。瘤胃球菌已被发现与代谢综合征和体重增加有关。与CON组相比，MD组瘤胃球菌的相对丰度增加。CYP干预后，MCYP组瘤胃球菌的相对含量降低。类似地，脱硫弧菌作为一种促进炎症的细菌，在MD组中的相对丰度增加，而其相对丰度在用CYP干预后降低。在MD组中，被认为是有益微生物的Blautia的数量明显地增加。CYP干预后，Blautia的相对丰度降低，这与Li和Wei等人的研究一致，在该研究中，肥胖小鼠的Blautia相对丰度增加。MCYP组中Blautia丰度的降低可能与其他产丁酸菌对相同底物的竞争力有关。

  图6 口服CYP对HFD诱导的肥胖小鼠肠道菌群结构的影响（n=3）。（A）Shannon指数；（B）Simpson指数；（C）微生物种类在门水平上的相对丰度；（D）厚壁菌门/拟杆菌门的比例。数据以平均值±SE表示。

  肠道微生物群可以将吸收的膳食成分转化为各种代谢产物。LC-MS技术用于研究肠道代谢组学图谱对CYP的反应。我们在小鼠回盲肠内容物中总共鉴定出867种代谢产物。为了找出MD组和MCYP组之间的差异代谢产物，我们通过OPLS-DA分析MD组和MCAP组的肠道代谢产物。OPLS-DA算法可以清楚地区分不同组之间的样本。如图8A和B所示，MD组和MCYP组之间可以观察到一些差异。

  为了进一步验证OPLS-DA的结果并确定两组中的代谢物之间有统计学差异，我们计算差异代谢物的定量值的欧氏距离矩阵，用full linkage法对差异代谢进行聚类，并用热图进行显示。如图8C所示，与MD组相比，MCYP组中17种代谢物的水平增加，包括泛醌-4、isoindolide、N-乙基乙酰胺、camellediol和maltoxazine等，而其余17种代谢产物的水平降低，例如精氨酸、propionylcarnitine、生育酚和别异亮氨酸。生育酚属于维生素E家族，已被证明具有抗氧化和抗炎活性，它也是甲羟戊酸途径的抑制剂，负责胆固醇和类异戊二烯蛋白的合成。别异亮氨酸是异亮氨酸的一种非异亮氨酸，也是人体血浆中的一种正常成分。有相当多的证据说明，别异亮氨酸在枫糖尿病中积累。研究者已经发现，在动物模型中，饮食限制中的支链氨基酸（BCAAs）通过FGF21激活棕色脂肪来促进能量消耗以减肥。propionylcarnitine是支链氨基酸线粒体分解代谢的产物，尤其是异亮氨酸和缬氨酸的分解代谢。据报道，propionylcarnitine的含量与BMI和体脂呈正相关，与HDL-C含量呈负相关。精氨酸是一种二元、阳离子和半必需氨基酸，在细胞代谢中起着多种作用，它还能够在一定程度上促进伤口愈合，刺激生长激素、-1和催乳素的分泌。此外，精氨酸还能刺激T细胞和自然杀伤细胞的活性。然而，过量的精氨酸通过GATOR受体调节mTORC1通路。mTORC1信号通路的激活能够在一定程度上促进脂质的合成和储存，抑制脂肪分解，并在脂肪酸氧化和生酮中发挥关键作用。泛醌-4与线粒体内膜的基质侧有关，并在多肽辅酶Q（CoQ）生物合成复合物中发挥结构作用。Chen等报道，从北极25米深的海水中分离到的红球菌B7740能分泌泛醌-4。很少有研究评估泛醌-4在脂质代谢调节方面的机制，但先前的报道表明，在肾上腺素诱导的心肌炎大鼠中，使用泛醌-10能大大的提升氧化磷酸化速率，促进ATP的产生，并抑制脂质过氧化。因此，泛醌-4影不影响脂质代谢应在后续研究中进一步评估。

  肥胖小鼠的精氨酸、propionylcarnitine、生育酚、别异亮氨酸和粉防己碱水平升高，而泛醌-4的含量降低。相反，CYP可以逆转这些化合物的变化，这可能会影响肥胖小鼠脂质代谢的变化。

  图8 山药多糖对肥胖小鼠肠道代谢产物的影响（n=3）。（A和B）MD组和CYP组代谢产物的OPLS-DA分析；（C）CYP组和MD组代谢产物的热图（VIP＞1，p＜0.05）。

  肠道代谢产物在调节宿主代谢和肠道菌群中起着关键作用，肠道菌群的丰度和结构影响肠道代谢产物的类型和含量。最新研究表明，补充茯砖茶多糖能够更好的降低与肥胖相关的脱硫弧菌丰度。脱硫弧菌是一种革兰氏阴性硫酸盐还原菌，参与脂多糖和内毒素的产生以及炎症的诱导，它被认为与肥胖呈正相关。肠道菌群和代谢产物的相关性分析（图9A）表明，肥胖小鼠的脱硫弧菌与propionylcarnitine、别异亮氨酸、氨基己二酸和生育三烯醇的含量呈正相关，CYP的干预降低了小鼠肠道中脱硫弧菌的丰度。propionylcarnitine反映了丙酰基辅酶库，它是异亮氨酸和缬氨酸分解代谢的副产物。据报道，HFD干预会导致propionylcarnitine的积累。别异亮氨酸是异亮氨酸的非异构体，异亮氨酸和缬氨酸是支链氨基酸。2009年，Christopher B.Newgard教授发现，与瘦子相比，肥胖个体的支链氨基酸和相关代谢产物数量增加。Wiklund等人的研究还表明，患有代谢综合征的人群中BCAAs的浓度高于没有代谢综合征人群中的BCAAs浓度，高百分比的体脂是代谢综合征患者的特征，并与代谢综合征肥胖患者的BCAA浓度增加有关。因此，CYP干预后血清脂质含量和PPARα信号通路中PPARα蛋白表达的调节机制（图10）可能与propionylcarnitine、别异亮氨酸和氨基己二酸含量的变化有关。

  图9 属水平的肠道微生物群与代谢物之间的Spearman相关性分析（A）以及代谢物与脂质代谢参数之间的相关性分析（B）。显示了Good’s coverage和具有非常明显相关性的属（n=3；**p0.01；*p0.05）。

  本研究从山药中提取纯化了一种新的酸性多糖组分（CYP），并对其基本化学结构可以进行了研究。CYP是一种杂多糖，含有糖苷键1→ 2, 1→ 2, 6, 1→ 4, 1→ 4, 6, 1→, 或1→ 6。体内动物实验表明，CYP可能通过调节肠道菌群的组成和丰度而发挥降血脂作用，并随后影响肠道代谢产物的类型，从而改善肝脏和肾周脂肪的沉积。此外，与脂质合成和分解相关的蛋白质也受到CYP干预的调节（图9）。总之，本研究表明CYP具有降血脂的潜力，因此为CYP作为脂质代谢调节剂的应用奠定了基础。然而，由于检测的局限性，无法清楚地确定肠道菌群的物种水平。纯化多糖的Mw太大，导致溶解性差。因此，我们将在下一步的研究中尝试分析其特定的分子结构。我们应该进一步的研究来分析这种具有生物活性的多糖的结构，这反过来将有利于解释多糖的构效关系。

  【福利时刻】科研服务（点这里就可以看）：、、、、、。咨询加微信：1278317307。

  特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

  OpenAI泄密者公布165页文件：2027年实现AGI、计算集群将耗资千亿美元

  与中坚力量共成长，2024建信信托艺术大奖评委会特别奖获奖艺术家凌海鹏

  小米MIX Fold 4折叠屏手机通过工信部入网审核，支持天通卫星通信

  百元神机销量王！Redmi 12C斩获618 500元以下累计销量榜第一

  数百种任你用，时隔 8 年苹果终于扩充 iMessages 反应 Emoji